WIERTNICTWO NAFTA GAZ TOM 24 ZESZYT 1 2007 Andrzej Gonet*, Stanis³aw Stryczek*, Krzysztof Brudnik** OGRANICZENIE MIGRACJI WÓD POWIERZCHNIOWYCH I CZWARTORZÊDOWYCH WOKÓ OTWORU PODSADZKOWEGO TP-17 W KOPALNI SOLI WIELICZKA *** 1. WPROWADZENIE Dop³yw wody z zewn¹trz do ka dej kopalni soli stanowi powa ne zagro enie, dlatego d¹ y siê do jego zminimalizowania [3]. S¹ ró norodne przyczyny [1, 4], które w pewnym momencie doprowadzaj¹ do wycieków w kopalniach. Dla ukazania przedmiotowego problemu i sposobu ograniczania dop³ywu wody z powierzchni wybrano otwór podsadzkowy TP-17 w Kopalni Soli Wieliczka [2]. Zosta³ on wykonany ponad 30 lat temu i s³u y³ do podsadzania czêœci wyrobisk kopalni. Od d³u szego czasu prawdopodobnie otworem tym do wnêtrza kopalni soli dostaje siê woda. Dla ograniczenia tego niekorzystnego oddzia- ³ywania wody na z³o e wczeœniej przeprowadzono z powierzchni terenu likwidacjê jego górnej czêœci. Jednak e czas pokaza³, e nie osi¹gniêto za³o onego celu i w dalszym ci¹gu w rejonie komory Lebzeltern wystêpowa³y dop³ywy wody (rys. 1). Rys. 1. Sole wtórnej krystalizacji w rejonie wylotu otworu TP-17 * Wydzia³ Wiertnictwa, Nafty i Gazu AGH, Kraków ** Kopalnia Soli Wieliczka *** Praca wykonana w ramach badañ statutowych nr 11.11.190.01 205
Dla zabezpieczenia kopalni przed dop³ywem wody w tym rejonie zaprojektowano ponown¹ likwidacjê otworu podsadzkowego TP-17 po³¹czon¹ z uszczelnieniem otaczaj¹cego go górotworu czwartorzêdowego metod¹ iniekcji otworowej realizowan¹ z powierzchni terenu. 2. BUDOWA GEOLOGICZNA I WARUNKI HYDROGEOLOGICZNE GÓROTWORU W OTOCZENIU OTWORU TP-17 W profilu geologicznym otworu stwierdzono: 0,0 1,0 m nasyp (mia³ wêglowy), 1,0 3,0 m glina pylasta popielatoszara, 3,0 13,0 m pospó³ka. Utwory czwartorzêdowe w analizowanym rejonie maj¹ mi¹ szoœæ oko³o 13 metrów. Poni ej zalegaj¹ utwory trzeciorzêdowe wykszta³cone w postaci otuliny i³owo-gipsowej o mi¹ szoœci oko³o 24 metrów, a nastêpnie utwory z³o a soli kamiennej górnego z³o a bry³owego (oko³o 50 metrów) oraz dolnego z³o a pok³adowego. Wycinek przekroju geologicznego pionowego [4] w otoczeniu otworu TP-17 przedstawiono na rysunku 2. Rys. 2. Fragment przekroju geologicznego 206
Zwierciad³o czwartorzêdowego poziomu wodonoœnego kszta³tuje siê na g³êbokoœci oko³o 9 m w utworach stanowi¹cych mieszaninê piasku i wiru, a wiêc o dobrych w³asnoœciach filtracyjnych. Poni ej 13 m zalegaj¹ utwory trzeciorzêdowe, wykszta³cone w postaci otuliny i³owo-gipsowej stanowi¹cej izolacje strefy z³o owej. Zarurowanie otworu TP-17 przedstawia³o siê nastêpuj¹co: rury 620/600 mm do g³êbokoœci 24 m posadowione wodoszczelnie (wykonano 8-metrowy korek i³owy w przedziale 16 24 m), rury 457 mm (18 ) do g³êbokoœci 98,0 m posadowione wodoszczelnie (wykonano korek i³owy od 88 m do 98 m, tj. o d³ugoœci 10 m). Przestrzeñ poza ww. rurami zacementowano do powierzchni. Szczelnoœæ korka i³owego sprawdzono przez podwiercenie 0,5 m poni ej buta rur, zczerpanie p³uczki i obserwacje jej poziomu w ci¹gu 24 godzin. W 1995 roku zdemontowano lej zsypowy, zadeklowano rury 18 na g³êbokoœci 1,5 m deklem z blachy o gruboœci 15 mm oraz docementowano rury ok³adzinowe i dekiel, a na ca³oœci wykonano korek i³owy. 3. SPOSÓB LIKWIDACJI OTWORU PODSADZKOWEGO TP-17 Za potencjalne Ÿród³o dop³ywu wody do kopalni przez otwór TP-17 uznano utwory czwartorzêdowe. Dodatkowym utrudnieniem w precyzyjnym zaprojektowaniu sposobu likwidacji otworu by³ brak oceny stanu technicznego kolumn rur ok³adzinowych, a zw³aszcza skutecznoœæ wykonania likwidacji wylotu otworu w strefie przypowierzchniowej. Przed wykonaniem likwidacji otworu TP-17 wykonano wdzierkê na poziomie II w z poprzeczni Skoczylas i ods³oniêto kolumnê rur 457 mm (18 ). Nastêpnie wyciêto rury 18 w przedziale g³êbokoœci 79 81 m i zadeklowano ich wylot ku powierzchni. Doln¹ czêœæ zabezpieczono przed ewentualnym opadniêciem w dó³. Po wykonaniu tych robót przyst¹piono do likwidacji otworu z powierzchni. Likwidacj¹ objêto otwór TP-17 na d³ugoœci od stropu poprzeczni Skoczylas na poziomie II w do powierzchni terenu. Likwidacjê otworu TP-17 wykonano w dniach od 05.12. do 29.12.2006 r. W tym celu: Wykonano przed³u enie otworu z g³êbokoœci 1,5 m ponad powierzchniê terenu w celu zamontowania g³owicy. Nastêpnie wykonano badanie szczelnoœci kolumny rur 18 poprzez zat³aczanie przez g³owicê powietrza do uzyskania ciœnienia 0,20 MPa w pierwszym cyklu pomiarowym i 0,40 MPa w drugim cyklu pomiarowym. Badaniami stwierdzono brak szczelnoœci kolumny rur 18, tj. spadek ciœnienia w ci¹gu 30 minut do 0,13 MPa w pierwszym cyklu pomiarowym i do 0,31 MPa w drugim cyklu pomiarowym. Wykonano likwidacjê otworu TP-17 w rurach 18 przez zat³oczenie zaczynu cementowego o gêstoœci 1830 kg/m 3. Zat³oczenie prowadzono przez przewód zapuszczany do dna otworu lub g³êbokoœci zalegania korka powsta³ego w poprzednim cyklu zat³aczania. Wykonano cztery cykle zat³aczania zaczynu do rur 18, utrzymuj¹c w czwartym cyklu ciœnienie na g³owicy w wysokoœci 0,4 MPa. Po stójce, po czwartym cyklu stwierdzono strop korka na g³êbokoœci 10,0 m i wykonano dope³nienie otworu do wierzchu. ¹cznie w rury 18 zat³oczono 12,40 m 3 zaczynu cementowego. 207
W celu osi¹gniêcia szczelnoœci uk³adu górotwór otwór podsadzkowy TP-17 konieczne by³o wykonanie otworowego ekranu przeciwfiltracyjnego, który ograniczyæ mia³ dop³yw wody w rejon górnej czêœci zlikwidowanego otworu. Zosta³ zaprojektowany dwurzêdowy ekran uszczelniaj¹cy, obejmuj¹cy wykonanie oœmiu otworów iniekcyjnych o g³êbokoœci 15 m i 16,5 m. Rozmieszczenie tych otworów w poszczególnych okrêgach oraz ich oddalenie od osi otworu podsadzkowego TP-17 przedstawiono na rysunku 3. Rys. 3. Rozmieszczenie otworów iniekcyjnych wzglêdem otworu TP-17. Skala 1:20. W-1, 2, 3, 4 otwory iniekcyjne okrêgu wewnêtrznego, Z-1, 2, 3, 4 otwory iniekcyjne okrêgu zewnêtrznego, D œrednica zewnêtrzna rur 457 mm (18 ) otwór TP-17, Rw promieñ okrêgu wewnêtrznego = 600 mm, Rz promieñ okrêgu zewnêtrznego = 700 mm Zlokalizowano cztery otwory na okrêgach o promieniu 0,6 i 0,7 m od osi otworu TP-17. Do ka dego otworu wt³aczano zaczyn cementowy o gêstoœci 1830 kg/m 3. Zestawienie wywierconych otworów W1, W2, W3, W4 o g³êbokoœci 15,0 m i otworów Z1, Z2, Z3 i Z4 o g³êbokoœci 16,5 m oraz wykonanych zabiegów zat³aczania w celu doszczelnienia górotworu wokó³ otworu TP-17 przedstawiono w tabeli 1 (na wklejce). ¹cznie w celu doszczelnienia górotworu wokó³ otworu TP-17 i wykonania ekranu przeciwfiltracyjnego zat³oczono 46,35 m 3 zaczynu cementowego, w tym 12,40 m 3 przez przewód zapuszczony do dna wy ej wymienionych otworów i 33,95 m 3 przez g³owicê cementacyjn¹. W koñcowym etapie prac przeprowadzono przypowierzchniow¹ likwidacjê otworu TP-17 obejmuj¹c¹: 1. wykonanie wykopu o g³êbokoœci ok. 4,5 m; 2. obciêcie kolumny rur 18 i 620/600 mm na g³êbokoœci 4,2 m p.p.t., tj. na rzêdnej 236,8 m n.p.m.; 3. deklowanie rur 620/600 deklem z blachy o gruboœci 15 mm; 4. wykonanie p³ytki betonowej nad otworem 0,8 0,8 0,2 m; 5. zasypanie wykopu nad zlikwidowanym otworem i rekultywacjê terenu wokó³ otworu. W wyniku zrealizowanych prac stwierdzono znaczne ograniczenie dop³ywu wody w komorze III/130. Pojawiaj¹ce siê pojedyncze wykroplenia, z tendencja spadkow¹, obserwowane w stropie komory w otoczeniu otworu podsadzkowego TP-17 mo na t³umaczyæ osuszaniem siê górotworu. 208
Tabela 1 Parametry technologii doszczelniania górotworu otworami iniekcyjnymi t³oczenie przez g³owicê W-1 Z-1 W-2 Z-2 W-3 Z-3 W-4 Z-4 V1=1,2 m 3 p1=0,07 MPa V2=6,0 m 3 p2=0,12 MPa otwory W-3 i W-4 p=0,05 MPa V=0,8 m 3 p=0,15 0,20 na otwory W-1,W-2, W-3 i W-4 p=0,05 na V1=0,1 m 3 p1=0 MPa V2=4,8 m 3 p2=0,14 0,15 MPa wyp³yw zaczynu z otw. W-1 i W-3, V=4,2 m 3 p=0,02 MPa V=4,0 m 3 p=0,07 MPa V=3,25 m 3 p=0,06 MPa przebicie na otwory W-1,W-2, W-3, W-4 i Z-5 p=0,05 MPa V=6,0 m 3 p=0,05 MPa V=3,6 m 3 p=0,025 na otwory W-1,W-2, W-3, W-4, Z-1, Z-2 i Z-3 p=0,05 0,07 na 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 skala g³êbokoœci [m] 12 13 V2=0,8 m 3 14 p2=0,7 MPa V1=1,1 m 3 V1=0,9 m 3 V=0,65 m 3 V=0,65 m 3 15 p1=0,6 MPa p1=0,4 0,6 MPa p=0,6 0,7 MPa p=0,3 0,5 MPa 16 V=1,2 m 3 V=3,3 m 3 V=1,3 m 3 V=2,5 m 3 17 p=0,8 0,1MPa p=0,6 0,8 MPa p=0,5 0,7MPa p=0,8 0,1 MPa
4. WNIOSKI 1) Wielowiekowa dzia³alnoœæ górnicza w Kopalni Soli Wieliczka doprowadzi³a do powstania wielu miejsc dop³ywu wody stwarzaj¹cych zagro enie dla kopalni. Jednym z nich s¹ stare otwory podsadzkowe. 2) Ponad 30-letnie wykorzystywanie otworu TP-17 do podsadzania kopalni piaskiem doprowadzi³o do jego rozszczelnienia i do wprowadzenia wody w jego otoczenie, a w szczególnoœci do komory III/130. 3) Likwidacja otworu podsadzkowego TP-17 polegaj¹ca na jego etapowym wype³nieniu odpowiednio dobranym zaczynem cementowym uzupe³niona o osiem otworów iniekcyjnych po³o onych w bezpoœrednim otoczeniu o d³ugoœci 15 i 16,5 m pozwoli³a zlikwidowaæ dop³yw wód powierzchniowych do Kopalni Soli Wieliczka w tym rejonie. LITERATURA [1] Garlicki A. et al.: Studium mo liwoœci likwidacji zagro enia wodnego dla zabytkowej Kopalni Soli Wieliczka za pomoc¹ bariery drena owej lub ekranu izoluj¹cego. Projekt Badaw. Zam. KBN nr PBZ 066-01, Kraków 1994 95 [2] Gonet A., Stryczek S., Winid B.: Opracowanie sposobu likwidacji otworu podsadzkowego TP-17, na odcinku od powierzchni terenu do stropu komory Lebzeltern w Kopalni Soli Wieliczka. Kraków 2005 (materia³y niepublikowane) [3] Gonet A. et al.: Aktualizacja Kompleksowej koncepcji zabezpieczenia zabytkowej Kopalni Soli Wieliczka przed zagro eniem wodnym w zakresie likwidacji wycieków W VII-16, W VI-32 i W VI-6. Kraków 2006 (materia³y niepublikowane) [4] Materia³y Kopalni Soli Wieliczka